JP2022191646A - 振動素子、振動デバイス及び振動素子の製造方法 - Google Patents

振動素子、振動デバイス及び振動素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バリ等の異物の形成を抑制することができる振動素子、振動デバイス及び振動素子の製造方法を提供すること。【解決手段】振動素子１の振動腕４３，４４は、上面である第１面１０１と、Ｚ方向において第１面１０１に対向する下面である第２面１０２と、側面である第１側面１１１及び第２側面１１２と、先端面である第３側面１１３と、を有する。第１側面１１１、第２側面１１２及び第３側面１１３のうち少なくとも１つは、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部と、第１側面部に対し第１面１０１又は第２面１０２に向かって傾斜する第２側面部と、を含む。第１錘４６１は、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１の外縁部４６３Ａ，４６３Ｂ，４６３Ｃが第１側面部及び第２側面部における最内側部１３１，１３２，１３３よりも内側又は最内側部１３１，１３２，１３３と同じ位置になるように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、振動デバイス及び振動素子の製造方法に関する。
従来、特許文献１に示すように、水晶振動子の振動片において、第１表面と、断面凸部を有する第１側面と、第２側面と、に周波数調整用金属膜を形成し、第１表面に対向する第２表面からレーザーを入射し、周波数調整用金属膜の一部を除去することにより、周波数を調整する水晶振動子の周波数調整方法が知られている。
また、特許文献１に示すように、レーザーが入射する角度を、第２側面から第１側面に向かって鋭角にすることで、第１側面側の周波数調整用金属膜において、除去すべき周波数調整用金属膜がバリとして残ることを防止できることが知られている。
特開２００９－８８８０６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の水晶振動子の周波数調整方法では、レーザーが入射する角度を、第２側面から第１側面に向かって鋭角にしているため、第２側面側の周波数調整用金属膜を除去する際に、レーザーが第２側面によって屈折又は遮蔽される。このため、レーザーが第２側面側の周波数調整用金属膜に十分に照射されず、バリ等の異物が形成される虞がある。このバリ等の異物が生産工程上や製品完成後に落下すると、水晶振動子の周波数が変化してしまう、という課題がある。
振動素子は、基部と、第１面と、Ｚ軸に沿った方向において前記第１面に対向する第２面と、第１側面と、前記Ｚ軸に直交するＸ軸に沿った方向において前記第１側面に対向する第２側面と、前記基部と反対側に位置する第３側面と、を含み、前記基部から前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸に沿った方向に延出している振動腕と、前記第２面に配置されている第１錘と、を有し、前記第１側面、前記第２側面及び前記第３側面のうち少なくとも１つは、前記Ｚ軸に沿った方向に対して傾斜する第１側面部と、前記第１側面部に対し前記第１面又は前記第２面に向かって傾斜する第２側面部と、を含み、前記第１錘は、前記Ｚ軸に沿った方向から見たときに、前記第１錘の外縁部が前記第１側面部及び前記第２側面部における最内側部よりも内側又は前記最内側部と同じ位置になるように配置されている。
振動デバイスは、上述の振動素子と、前記振動素子を収納するパッケージと、を有する。
振動素子の製造方法は、振動素子の周波数を調整する周波数調整方法を含み、前記振動素子は、基部と、第１面と、Ｚ軸に沿った方向において前記第１面に対向する第２面と、第１側面と、前記Ｚ軸に直交するＸ軸に沿った方向において前記第１側面に対向する第２側面と、前記基部と反対側に位置する第３側面と、を含み、前記基部から前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸に沿った方向に延出している振動腕と、前記第２面に配置されている第１錘と、を有し、前記第１側面、前記第２側面及び前記第３側面のうち少なくとも１つは、前記Ｚ軸に沿った方向に対して傾斜する第１側面部と、前記第１側面部に対し前記第１面又は前記第２面に向かって傾斜する第２側面部と、を含み、前記第１錘は、前記Ｚ軸に沿った方向から見たときに、前記第１錘の外縁部が前記第１側面部及び前記第２側面部における最内側部よりも内側又は前記最内側部と同じ位置になるように配置されており、前記周波数調整方法は、前記第１面側から前記Ｚ軸に沿った方向にレーザー光を照射して前記第１錘の少なくとも一部を除去することによって、前記振動素子の発振周波数を変化させる工程、を含む。
実施形態１に係る振動素子を示す平面図。 図１中のＡ－Ａ線断面図。 図１中のＢ－Ｂ線断面図。 図１中のＣ－Ｃ線断面図。 図１中のＤ１－Ｄ１線断面図。 図１中のＤ２－Ｄ２線断面図。 実施形態１に係る振動素子の製造方法を示すフローチャート。 実施形態１に係る振動素子を示す平面図。 実施形態１に係る振動素子を示す平面図。 図９中のＦ－Ｆ線断面図。 図９中のＧ－Ｇ線断面図。 実施形態２に係る振動素子を示す平面図。 図１２中のＩ－Ｉ線断面図。 図１２中のＪ－Ｊ線断面図。 図１２中のＫ－Ｋ線断面図。 実施形態３に係る振動素子を示す平面図。 図１６中のＭ－Ｍ線断面図。 図１６中のＮ－Ｎ線断面図。 実施形態３に係る振動素子の製造方法を示すフローチャート。 実施形態３に係る振動素子を示す平面図。 図２０中のＴ－Ｔ線断面図。 実施形態４に係る振動デバイスを示す断面図。 実施形態５に係る振動素子を示す平面図。 実施形態５に係る振動素子の動作を説明するための模式図。 実施形態５に係る振動素子の動作を説明するための模式図。
１．実施形態１
実施形態１に係る振動素子１について、図１～図６を参照して説明する。
説明の便宜上、以下の各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ方向からの平面視において、Ｚ方向プラス側の面を上面、この上面と反対側となるＺ方向マイナス側の面を下面として説明する。なお、本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、後述するように、水晶の結晶軸に相当する。また、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
図１に示すように、振動素子１は、音叉型の水晶振動子である。
振動素子１は、振動体４１と、振動体４１を振動させるための電極４５と、振動体４１の周波数を調整するための金属膜４６と、を有する。
振動体４１は、Ｚカット水晶板から形成され、Ｘ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ方向に厚みを有する平板状である。なお、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、それぞれ水晶の結晶軸である電気軸、機械軸及び光軸に相当する。
振動体４１は、第１面１０１と、Ｚ方向において第１面１０１に対向する第２面１０２と、を有する。本実施形態では、第１面１０１は、振動体４１におけるＺ方向プラス側の主面であり、第２面１０２は、振動体４１におけるＺ方向マイナス側の主面である。つまり、第１面１０１は、振動体４１の上面であり、第２面１０２は、振動体４１の下面である。
なお、振動体４１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の各種圧電材料を用いても構わないし、例えば、シリコン基板等の圧電材料以外の材料を用いても構わない。
振動体４１は、基部４２と、基部４２からＹ方向に延出している一対の振動腕４３，４４と、を有する。本実施形態では、振動腕４３，４４は、基部４２からＹ方向プラス側に延出している。
振動腕４３，４４は、上面である第１面１０１と、下面である第２面１０２と、第１面１０１と第２面１０２とを接続する第１側面１１１と、Ｘ方向において第１側面１１１に対向する第２側面１１２と、基部４２と反対側に位置し、第１面１０１と第２面１０２とを接続する第３側面１１３と、を含む。本実施形態では、第１側面１１１は、振動腕４３，４４におけるＸ方向プラス側の側面であり、第２側面１１２は、振動腕４３，４４におけるＸ方向マイナス側の側面である。第３側面１１３は、振動腕４３，４４におけるＹ方向プラス側の側面であり、つまり、振動腕４３，４４の先端面である。
振動腕４３，４４は、それぞれ腕部４３０，４４０と、錘部４３１，４４１と、を有する。錘部４３１，４４１は、振動腕４３，４４において、基部４２とは反対側の先端部に配置される。腕部４３０，４４０は、錘部４３１，４４１よりも基部４２側に配置され、錘部４３１，４４１と、基部４２と、を接続する。
振動腕４３，４４の腕部４３０，４４０には、電極４５が配置される。振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１には、金属膜４６が配置される。
まず、振動腕４３，４４の腕部４３０，４４０について説明する。
図１及び図２に示すように、振動腕４３の腕部４３０は、第１面１０１に開口する溝状の凹部４３２と、第２面１０２に開口する溝状の凹部４３３と、を有する。同様に、振動腕４４の腕部４４０は、第１面１０１に開口する溝状の凹部４４２と、第２面１０２に開口する溝状の凹部４４３と、を有する。このように、腕部４３０，４４０は、それぞれの第１面１０１に溝状の凹部４３２，４４２を有し、それぞれの第２面１０２に溝状の凹部４３３，４４３を有する、略Ｈ状の横断面形状を有する。
振動腕４３，４４の腕部４３０，４４０には、電極４５として、信号電極４８１と、接地電極４８２と、が配置されている。信号電極４８１は、振動腕４３の第１面１０１及び第２面１０２と、振動腕４４の第１側面１１１及び第２側面１１２と、に配置されている。接地電極４８２は、振動腕４３の第１側面１１１及び第２側面１１２と、振動腕４４の第１面１０１及び第２面１０２と、に配置されている。
信号電極４８１に駆動信号を印加することにより、振動腕４３，４４は接近、離間を繰り返すようにして屈曲振動する。
次に、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１について説明する。
図３及び図４に示すように、振動腕４３の錘部４３１における第１側面１１１は、上部側面部１２１と、下部側面部１２２と、を含む。第１側面１１１における上部側面部１２１の上端は、第１面１０１と接続している。第１側面１１１における上部側面部１２１の下端は、第１側面１１１における下部側面部１２２の上端と接続している。第１側面１１１における下部側面部１２２の下端は、第２面１０２と接続している。
本実施形態では、錘部４３１における第１側面１１１の上部側面部１２１は、Ｚ方向に対して平行であり、錘部４３１における第１側面１１１の下部側面部１２２は、Ｚ方向に対して傾斜している。
つまり、錘部４３１における第１側面１１１の下部側面部１２２は、本発明におけるＺ方向に対して傾斜する第１側面部である。そして、錘部４３１における第１側面１１１の上部側面部１２１は、本発明における第１側面部に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である。
言い換えると、錘部４３１における第１側面１１１は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２２と、第１側面部である下部側面部１２２に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２１と、を含む。
また、振動腕４３の錘部４３１における第２側面１１２は、上部側面部１２３と、下部側面部１２４と、を含む。第２側面１１２における上部側面部１２３の上端は、第１面１０１と接続している。第２側面１１２における上部側面部１２３の下端は、第２側面１１２における下部側面部１２４の上端と接続している。第２側面１１２における下部側面部１２４の下端は、第２面１０２と接続している。
本実施形態では、錘部４３１における第２側面１１２の上部側面部１２３は、Ｚ方向に対して平行であり、錘部４３１における第２側面１１２の下部側面部１２４は、Ｚ方向に対して傾斜している。
つまり、錘部４３１における第２側面１１２の下部側面部１２４は、本発明におけるＺ方向に対して傾斜する第１側面部である。そして、錘部４３１における第２側面１１２の上部側面部１２３は、本発明における第１側面部に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である。
言い換えると、錘部４３１における第２側面１１２は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２４と、第１側面部である下部側面部１２４に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２３と、を含む。
図５に示すように、振動腕４３の錘部４３１における第３側面１１３は、上部側面部１２５と、下部側面部１２６と、を含む。第３側面１１３における上部側面部１２５の上端は、第１面１０１と接続している。第３側面１１３における上部側面部１２５の下端は、第３側面１１３における下部側面部１２６の上端と接続している。第３側面１１３における下部側面部１２６の下端は、第２面１０２と接続している。
本実施形態では、錘部４３１における第３側面１１３の上部側面部１２５は、Ｚ方向に対して平行であり、錘部４３１における第３側面１１３の下部側面部１２６は、Ｚ方向に対して傾斜している。
つまり、錘部４３１における第３側面１１３の下部側面部１２６は、本発明におけるＺ方向に対して傾斜する第１側面部である。そして、錘部４３１における第３側面１１３の上部側面部１２５は、本発明における第１側面部に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である。
言い換えると、錘部４３１における第３側面１１３は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２６と、第１側面部である下部側面部１２６に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２５と、を含む。
また、図１及び図３～図６に示すように、振動腕４４の錘部４４１は、振動腕４３の錘部４３１と基本的な構成が同一である。振動腕４４の錘部４４１における第１側面１１１は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部としての下部側面部１２２と、第１側面部としての下部側面部１２２に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部としての上部側面部１２１と、を含む。錘部４４１における第２側面１１２は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２４と、第１側面部である下部側面部１２４に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２３と、を含む。錘部４４１における第３側面１１３は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２６と、第１側面部である下部側面部１２６に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２５と、を含む。
次に、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１に配置される金属膜４６について説明する。
図１及び図３～図６に示すように、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１における第２面１０２と、第１側面１１１と、第２側面１１２と、第３側面１１３と、にはそれぞれ金属膜４６が配置されている。金属膜４６は、振動素子１の共振周波数を調整したり、振動腕４３，４４の振動バランスを調整したりするためのものである。後述するように、振動素子１の周波数調整方法に含まれる周波数調整工程において、レーザー光ＬＢを金属膜４６に照射して金属膜４６の一部を除去し、振動腕４３，４４の質量を減少させることにより、振動素子１の共振周波数を調整することができる。なお、金属膜４６を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などを主成分とする金属材料で構成することができる。本実施形態では、金属膜４６は、金（Ａｕ）で構成されている。
振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１の第２面１０２に配置されている金属膜４６は、本発明における第２面１０２に配置されている第１錘４６１である。
図１及び図３～図６は、周波数調整工程を終えた後、すなわち、レーザー光ＬＢが照射され、第１錘４６１の一部が除去された状態を示す。図１及び図４～図６に示すように、第２面１０２における除去領域４６２は、周波数調整工程においてレーザー光ＬＢが照射されて第１錘４６１が除去された領域である。
本実施形態では、第１錘４６１と、第２面１０２における除去領域４６２と、は振動腕４３，４４の長手方向であるＹ方向に並んで配置され、除去領域４６２が第１錘４６１に対して振動腕４３，４４の先端側すなわちＹ方向プラス側に位置する。このように、除去領域４６２を第１錘４６１よりも振動腕４３，４４の先端側に配置することにより、言い換えると、第１錘４６１の先端側を除去することにより、除去した第１錘４６１の単位質量あたりの周波数変化量をより大きくすることができる。そのため、周波数調整工程において、十分な周波数調整幅を確保することができる。ただし、第１錘４６１及び除去領域４６２の配置は、特に限定されず、例えば、除去領域４６２が、第１錘４６１のＹ方向マイナス側に位置していても構わない。
次に、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１における第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３に対する第１錘４６１の配置について説明する。
まず、振動腕４３の錘部４３１における第１側面１１１に対する第１錘４６１の配置について説明する。
図３に示すように、また、上述したように、錘部４３１における第１側面１１１の下部側面部１２２は、Ｚ方向に対して傾斜している。具体的には、錘部４３１における第１側面１１１の下部側面部１２２は、第１面１０１から第２面１０２に向かって錘部４３１の内側に傾斜している。つまり、錘部４３１の第１側面１１１において、第１側面部である下部側面部１２２及び第２側面部である上部側面部１２１における最内側部１３１は、下部側面部１２２が第２面１０２と接続する下部側面部１２２の下端部となる。
なお、本発明における「最内側部」とは、錘部４３１，４４１における第１側面１１１、第２側面１１２及び第３側面１１３をＺ方向から投影したときに、第１側面１１１、第２側面１１２及び第３側面１１３のそれぞれにおいて錘部４３１，４４１の最も内側に位置する部分である。
錘部４３１の第１側面１１１において、第１側面部である下部側面部１２２及び第２側面部である上部側面部１２１における最内側部１３１を通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ１とし、錘部４３１の第２面１０２に配置されている第１錘４６１における第１側面１１１側の外縁部４６３Ａを通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ２とすると、仮想線Ｌ１と、仮想線Ｌ２とは、Ｚ方向に直交するＹ方向からの側面視で、同じ位置にある。
なお、本発明における「同じ」、「等しい」は、製造ばらつきなどを含み、実質的に同じ、あるいは実質的に等しいことを意味する。
また、図１に示すように、錘部４３１において、第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２及び第２側面部である上部側面部１２１における最内側部１３１と、第１錘４６１における第１側面１１１側の外縁部４６３Ａと、は同じ位置にある。つまり、錘部４３１における第１錘４６１は、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第１側面１１１側の外縁部４６３Ａが第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２及び第２側面部である上部側面部１２１における最内側部１３１と同じ位置になるように配置されている。
このように、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第１側面１１１側の外縁部４６３Ａが第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２及び第２側面部である上部側面部１２１における最内側部１３１と同じ位置になるように、第１錘４６１を配置することにより、第１錘４６１にレーザー光ＬＢを照射する際に、第１側面１１１の下部側面部１２２及び上部側面部１２１におけるレーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。このため、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の形成が抑制されるので、バリ等の異物の落下による周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
次に、振動腕４３の錘部４３１における第２側面１１２に対する第１錘４６１の配置について説明する。
図３に示すように、また、上述したように、錘部４３１における第２側面１１２の下部側面部１２４は、Ｚ方向に対して傾斜している。具体的には、錘部４３１における第２側面１１２の下部側面部１２４は、第１面１０１から第２面１０２に向かって錘部４３１の内側に傾斜している。つまり、錘部４３１の第２側面１１２において、第１側面部である下部側面部１２４及び第２側面部である上部側面部１２３における最内側部１３２は、下部側面部１２４が第２面１０２と接続する下部側面部１２４の下端部となる。
錘部４３１の第２側面１１２において、第１側面部である下部側面部１２４及び第２側面部である上部側面部１２３における最内側部１３２を通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ３とし、錘部４３１の第２面１０２に配置されている第１錘４６１における第２側面１１２側の外縁部４６３Ｂを通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ４とすると、仮想線Ｌ３と、仮想線Ｌ４とは、Ｚ方向に直交するＹ方向からの側面視で、同じ位置にある。
また、図１に示すように、錘部４３１において、第２側面１１２における第１側面部である下部側面部１２４及び第２側面部である上部側面部１２３における最内側部１３２と、第１錘４６１における第２側面１１２側の外縁部４６３Ｂと、は同じ位置にある。つまり、錘部４３１における第１錘４６１は、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第２側面１１２側の外縁部４６３Ｂが第２側面１１２における第１側面部である下部側面部１２４及び第２側面部である上部側面部１２３における最内側部１３２と同じ位置になるように配置されている。
このように、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第２側面１１２側の外縁部４６３Ｂが第２側面１１２における第１側面部である下部側面部１２４及び第２側面部である上部側面部１２３における最内側部１３２と同じ位置になるように、第１錘４６１を配置することにより、第１側面１１１と同様に、第２側面１１２においても、レーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。このため、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の発生が抑制され、周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
次に、振動腕４３の錘部４３１における第３側面１１３に対する第１錘４６１の配置について説明する。
図５に示すように、また、上述したように、錘部４３１における第３側面１１３の下部側面部１２６は、Ｚ方向に対して傾斜している。具体的には、錘部４３１における第３側面１１３の下部側面部１２６は、第１面１０１から第２面１０２に向かって錘部４３１の内側に傾斜している。つまり、錘部４３１の第３側面１１３において、第１側面部である下部側面部１２６及び第２側面部である上部側面部１２５における最内側部１３３は、下部側面部１２６が第２面１０２と接続する下部側面部１２６の下端部となる。
錘部４３１の第３側面１１３において、第１側面部である下部側面部１２６及び第２側面部である上部側面部１２５における最内側部１３３を通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ５とし、錘部４３１の第２面１０２に配置されている第１錘４６１における第３側面１１３側の外縁部４６３Ｃを通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ６とすると、仮想線Ｌ６は、仮想線Ｌ５に対し、Ｚ方向に直交するＸ方向からの側面視で、Ｙ方向マイナス側に位置している。つまり、外縁部４６３Ｃを通り、Ｚ方向に平行な仮想線Ｌ６は、第３側面１１３の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３３を通り、Ｚ方向に平行な仮想線Ｌ５よりも内側に向かう方向であるＹ方向マイナス側に位置している。
また、図１に示すように、錘部４３１において、第１錘４６１における第３側面１１３側の外縁部４６３Ｃは、第３側面１１３における第１側面部である下部側面部１２６及び第２側面部である上部側面部１２５における最内側部１３３よりも内側になる。
このように、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第３側面１１３側の外縁部４６３Ｃが第３側面１１３における第１側面部である下部側面部１２６及び第２側面部である上部側面部１２５における最内側部１３３よりも内側になるように、第１錘４６１を配置することにより、第１側面１１１や第２側面１１２と同様に、第３側面１１３においても、レーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。このため、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の発生が抑制され、周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
次に、振動腕４４の錘部４４１における第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３に対する第１錘４６１の配置について説明する。
図１及び図３～図６に示すように、振動腕４４の錘部４４１は、振動腕４３の錘部４３１と基本的な構成が同一である。従って、振動腕４４の錘部４４１における第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３に対する第１錘４６１の配置は、振動腕４３の錘部４３１と同様である。具体的には、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１は、第１錘４６１の外縁部４６３Ａ，４６３Ｂがそれぞれ第１側面１１１の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３１、第２側面１１２の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３２と同じ位置になるように配置される。Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１は、第１錘４６１の外縁部４６３Ｃが第３側面１１３の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３３よりも内側になるように配置される。これにより、錘部４４１における第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３によるレーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。このため、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の発生が抑制され、周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
本実施形態では、上述したように、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１における第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３の３つの側面は、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２２，１２４，１２６と、第１側面部に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２１，１２３，１２５と、をそれぞれ含む。そして、第１錘４６１は、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１の外縁部４６３Ａ，４６３Ｂ，４６３Ｃがそれぞれ第１側面部である下部側面部１２２，１２４，１２６及び第２側面部である上部側面部１２１，１２３，１２５におけるそれぞれの最内側部１３１，１３２，１３３よりも内側又は最内側部１３１，１３２，１３３と同じ位置になるように配置されている。なお、第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３の少なくとも１つの側面を、本実施形態の構成とすることにしても構わない。ただし、第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３の３つの側面を、本実施形態の構成とすると、第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３の３つの側面においてバリ等の異物の発生が抑制されるので、第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３の３つの側面のうち１つあるいは２つの側面を本実施形態の構成とする場合と比べ、周波数の変化がさらに発生し難い振動素子１を提供することができる。
また、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１における第１側面１１１及び第２側面１１２の少なくとも一方を、本実施形態の構成とすることにより、周波数の変化が発生し難い音叉型の水晶振動子を振動素子１として提供することができる。つまり、音叉型の水晶振動子をウェットエッチングにより形成する場合、水晶の異方性により、第１側面１１１や第２側面１１２は、従来技術のように断面凸部を有する形状となり易いが、断面凸部を有する形状であっても、後述する振動素子１の周波数調整工程において、第１錘４６１にレーザー光ＬＢを照射する際に、第１側面１１１又は第２側面１１２におけるレーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。そのため、周波数の変化が発生し難い音叉型の水晶振動子を振動素子１として提供することができる。
また、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１における第３側面１１３を本実施形態の構成とすることにより、後述する振動素子１の周波数調整工程において周波数変化量を大きくすることができるとともに、周波数調整工程後の周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。つまり、第３側面１１３は、振動腕４３，４４の先端面であり、振動腕４３，４４の先端面である第３側面１１３におけるレーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することにより、第１錘４６１を、振動腕４３，４４の先端側から除去することが容易になる。そのため、周波数調整工程において周波数変化量を大きくすることができる。また、振動腕４３，４４の先端側におけるバリ等の異物の発生を抑制することができるので、周波数調整工程後の周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
また、図３に示すように、錘部４３１，４４１の第２面１０２におけるＸ方向の幅Ｗ４は、錘部４３１，４４１の第１面１０１におけるＸ方向の幅Ｗ３よりも小さい。これにより、錘部４３１，４４１の第２面１０２におけるＸ方向の幅Ｗ４全体に第１錘４６１を形成することが容易になり、製造が容易な振動素子１を提供することができる。
また、図２に示すように、腕部４３０，４４０の第１面１０１におけるＸ方向の幅Ｗ１と、腕部４３０，４４０の第２面１０２におけるＸ方向の幅Ｗ２と、は等しい。上述したように、腕部４３０，４４０には、信号電極４８１と、接地電極４８２と、が配置されており、信号電極４８１に駆動信号を印加することにより、振動腕４３，４４が振動する。腕部４３０，４４０の第１面１０１におけるＸ方向の幅Ｗ１と、腕部４３０，４４０の第２面１０２におけるＸ方向の幅Ｗ２と、を等しくすることにより、振動腕４３，４４の振動バランスが向上し、振動漏れを低減することができる。これにより、振動効率に優れた振動素子１を提供することができる。
次に、本実施形態に係る振動素子１の製造方法について、図７～図１１を参照して説明する。
振動素子１の製造方法は、振動素子１の周波数を調整する周波数調整方法を含む。そして、振動素子１の周波数を調整する周波数調整方法は、図７に示すように、振動素子１を準備する準備工程と、振動素子１の発振周波数を測定する周波数測定工程と、振動素子１の発振周波数を変化させて、振動素子１の発振周波数を目標値とする周波数に調整する周波数調整工程と、を含む。
１．１ 準備工程
まず、ステップＳ１において、図８に示すように、水晶ウエハー４０を準備し、フォトリソグラフィー技法及びエッチング技法を用いて水晶ウエハー４０をパターニングすることにより、水晶ウエハー４０に複数の振動体４１を形成する。次に、スパッタリング等によって、振動体４１の表面に電極４５を形成し、さらに、蒸着等によって、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１に金属膜４６を形成する。本実施形態では、上述したように、錘部４３１，４４１の第２面１０２と、第１側面１１１と、第２側面１１２と、第３側面１１３と、に金属膜４６が形成される。第２面１０２に形成される金属膜４６が、第１錘４６１である。
１．２ 周波数測定工程
次に、ステップＳ２において、例えば、発振回路を有する周波数測定装置のプローバーを振動体４１の表面に形成されている電極４５に接触させ、振動素子１の発振周波数を測定する。
１．３ 周波数調整工程
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で測定した発振周波数に基づいて、振動素子１の周波数を調整する。具体的には、図９～図１１に示すように、錘部４３１，４４１の第２面１０２に配置されている第１錘４６１にレーザー光ＬＢを照射し、第１錘４６１の一部を除去する。本実施形態では、レーザー光ＬＢは、振動素子１の第１面１０１側から第２面１０２に向かって、Ｚ方向に沿った方向に照射される。第１錘４６１の一部を除去し、振動腕４３，４４の質量を減少させることにより、振動素子１の発振周波数を変化させ、目標値とする周波数に調整することができる。なお、振動腕４３の錘部４３１と、振動腕４４の錘部４４１と、は基本的な構成が同一であるので、図１０及び図１１では、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１のうち、振動腕４３の錘部４３１を図示している。
図１０に示すように、レーザー光ＬＢが照射される方向であるＺ方向から見たときに、第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２及び第２側面部である上部側面部１２１における最内側部１３１よりも内側又は最内側部１３１と同じ位置に照射されるレーザー光ＬＢは、第１側面１１１による屈折又は遮蔽が抑制される。つまり、Ｚ方向から見たときに、第１側面１１１の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３１よりも内側又は最内側部１３１と同じ位置に配置される第１錘４６１を除去するとき、最内側部１３１よりも内側又は最内側部１３１と同じ位置に配置される第１錘４６１に、レーザー光ＬＢを十分に照射することができる。そのため、第１錘４６１を除去する際に、バリ等の異物の形成が抑制されるので、バリ等の異物の落下による周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
また、同様に、Ｚ方向から見たときに、第２側面１１２における第１側面部である下部側面部１２４及び第２側面部である上部側面部１２３における最内側部１３２よりも内側又は最内側部１３２と同じ位置に照射されるレーザー光ＬＢは、第２側面１１２による屈折又は遮蔽が抑制されるので、最内側部１３２よりも内側又は最内側部１３２と同じ位置に配置される第１錘４６１に、レーザー光ＬＢを十分に照射することができる。そのため、第１錘４６１を除去する際に、バリ等の異物の形成が抑制されるので、周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
また、図１１に示すように、Ｚ方向から見たときに、第３側面１１３における第１側面部である下部側面部１２６又は第２側面部である上部側面部１２５における最内側部１３３よりも内側及び最内側部１３３と同じ位置に照射されるレーザー光ＬＢは、第３側面１１３による屈折又は遮蔽が抑制されるので、最内側部１３３よりも内側又は最内側部１３３と同じ位置に配置される第１錘４６１に、レーザー光ＬＢを十分に照射することができる。そのため、第１錘４６１を除去する際に、バリ等の異物の形成が抑制されるので、周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
なお、本実施形態では、周波数調整工程をステップＳ２の周波数測定工程後に行っているが、これに限定されることはなく、周波数調整工程において周波数測定しながら振動素子１の発振周波数を調整しても構わない。
また、周波数調整工程において用いられるレーザー光ＬＢとしては、特に限定されず、例えば、ＹＡＧ、エキシマレーザー等のパルス状レーザー光、炭酸ガスレーザー等の連続発振レーザー光を用いても構わない。なお、本実施形態では、レーザー光ＬＢとしてパルス状レーザー光を用いている。つまり、スポット状に集光されたレーザー光ＬＢを連続して照射することにより、第１錘４６１の一部を除去している。このように、レーザー光ＬＢとしてパルス状レーザー光を用いることにより、レーザー光ＬＢの強度を変化させることなく一定としたまま、照射時間や照射ピッチを変更することにより、第１錘４６１に対する単位面積当たりのレーザー光ＬＢの照射量すなわちエネルギー量を制御することができる。そのため、レーザー光ＬＢが安定し、周波数調整工程を精度よく行うことができる。
なお、本実施形態では、周波数調整工程において、第１錘４６１の一部を除去しているが、第１錘４６１を全て除去しても構わない。つまり、第１錘４６１の少なくとも一部を除去することによって、振動素子１の発振周波数を変化させ、振動素子１を目標値とする周波数に調整することができる。
以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
振動素子１は、基部４２と、第１面１０１と、Ｚ方向において第１面１０１に対向する第２面１０２と、第１側面１１１と、Ｘ方向において第１側面１１１に対向する第２側面１１２と、基部４２と反対側に位置する第３側面１１３と、を含み、基部４２からＹ方向に延出している振動腕４３，４４と、第２面１０２に配置されている第１錘４６１と、を有する。そして、振動素子１における第１側面１１１、第２側面１１２及び第３側面１１３のうち少なくとも１つは、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である下部側面部１２２，１２４，１２６と、第１側面部に対し第１面１０１に向かって傾斜する第２側面部である上部側面部１２１，１２３，１２５と、を含む。そして、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１の外縁部４６３Ａ，４６３Ｂ，４６３Ｃが、第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３のそれぞれにおいて、第１側面部である下部側面部１２２，１２４，１２６及び第２側面部である上部側面部１２１，１２３，１２５における最内側部１３１，１３２，１３３よりも内側又は最内側部１３１，１３２，１３３と同じ位置になるように、第１錘４６１は配置されている。
これにより、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、第１錘４６１におけるバリ等の異物の形成が抑制され、バリ等の異物の落下による周波数の変化が発生し難い振動素子１を提供することができる。
なお、本実施形態では、錘部４３１，４４１の第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３における第２側面部である上部側面部１２１，１２３，１２５は、Ｚ方向に対して平行であるが、Ｚ方向に対して傾斜していても構わない。
また、本実施形態では、錘部４３１，４４１の第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３における第１側面部である下部側面部１２２，１２４，１２６は、第１面１０１から第２面１０２に向かって錘部４３１の内側に傾斜しているが、錘部４３１の外側に向かって傾斜していても構わない。
また、本実施形態では、錘部４３１，４４１の第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３における下部側面部１２２，１２４，１２６が本発明における第１側面部であり、上部側面部１２１，１２３，１２５が本発明における第２側面部であるが、上部側面部１２１，１２３，１２５が第１側面部となり、下部側面部１２２，１２４，１２６が第２側面部となるように、上部側面部１２１，１２３，１２５と、下部側面部１２２，１２４，１２６と、を配置しても構わない。なお、下部側面部１２２，１２４，１２６が第２側面部となるように配置される場合は、第２側面部となる下部側面部１２２，１２４，１２６は、第１側面部となる上部側面部１２１，１２３，１２５に対し第２面１０２に向かって傾斜する。
また、本実施形態では、錘部４３１，４４１の第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３において、上部側面部１２１，１２３，１２５の上端部と、第１面１０１と、が接続しているが、上部側面部１２１，１２３，１２５の上端部と、第１面１０１と、が他の側面部を介して接続していても構わない。同様に、上部側面部１２１，１２３，１２５の下端部と、下部側面部１２２，１２４，１２６の上端部とが、他の側面部を介して接続していても構わないし、下部側面部１２２，１２４，１２６の上端部と、第２面１０２とが他の側面部を介して接続していても構わない。
２．実施形態２
次に、実施形態２に係る振動素子１ａについて、図１２～図１５を参照して説明する。
実施形態２の振動素子１ａは、実施形態１の振動素子１に比べ、振動腕４３，４４の錘部４３１ａ，４４１ａの形状が異なること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図１２～図１５は、周波数調整工程を終えた後、すなわち、レーザー光ＬＢが照射され、第１錘４６１の一部が除去された状態を示す。また、振動腕４３の錘部４３１ａと、振動腕４４の錘部４４１ａと、は基本的な構成は同一であるので、図１３～図１５では、振動腕４３，４４の錘部４３１ａ，４４１ａのうち、振動腕４３の錘部４３１ａを図示している。
図１２、図１３及び図１５に示すように、振動腕４３，４４の錘部４３１ａ，４４１ａにおける第２面１０２と、第１側面１１１ａと、第２側面１１２ａと、第３側面１１３ａと、にはそれぞれ金属膜４６が配置されている。振動腕４３の錘部４３１ａの第２面１０２に配置されている金属膜４６は、第１錘４６１である。また、図１２、図１４及び図１５に示すように、第２面１０２における除去領域４６２は、周波数調整工程においてレーザー光ＬＢが照射されて第１錘４６１が除去された領域である。
振動腕４３の錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａは、上部側面部１２１ａと、下部側面部１２２ａと、を含む。第１側面１１１ａにおける上部側面部１２１ａの上端は、第１面１０１と接続している。第１側面１１１ａにおける上部側面部１２１ａの下端は、第１側面１１１ａにおける下部側面部１２２ａの上端と接続している。第１側面１１１ａにおける下部側面部１２２ａの下端は、第２面１０２と接続している。
本実施形態では、錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａの上部側面部１２１ａは、Ｚ方向に対して傾斜しており、錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａの下部側面部１２２ａは、Ｚ方向に対して平行である。
つまり、錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａの上部側面部１２１ａは、本発明におけるＺ方向に対して傾斜する第１側面部である。そして、錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａの下部側面部１２２ａは、本発明における第１側面部に対し第２面１０２に向かって傾斜する第２側面部である。
言い換えると、錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａは、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である上部側面部１２１ａと、第１側面部である上部側面部１２１ａに対し第２面１０２に向かって傾斜する第２側面部である下部側面部１２２ａと、を含む。
本実施形態では、錘部４３１ａにおける第１側面１１１ａの上部側面部１２１ａは、第１面１０１から第２面１０２に向かって錘部４３１ａの内側に傾斜している。つまり、錘部４３１ａの第１側面１１１ａにおいて、第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａは、上部側面部１２１ａが下部側面部１２２ａと接続する上部側面部１２１ａの下端部となる。
図１３に示すように、錘部４３１ａの第１側面１１１ａにおいて、第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａを通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ１ａとし、錘部４３１ａの第２面１０２に配置されている第１錘４６１における第１側面１１１ａ側の外縁部４６３Ａを通り、Ｚ方向に平行な仮想線を仮想線Ｌ２ａとすると、仮想線Ｌ１ａと、仮想線Ｌ２ａとは、Ｚ方向に直交するＹ方向からの側面視で、同じ位置にある。
また、図１２に示すように、錘部４３１ａにおいて、第１側面１１１ａにおける第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａと、第１錘４６１における第１側面１１１ａ側の外縁部４６３Ａと、は同じ位置にある。つまり、錘部４３１ａにおける第１錘４６１は、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第１側面１１１ａ側の外縁部４６３Ａが第１側面１１１ａにおける第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａと同じ位置になるように配置されている。
このように、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第１側面１１１ａ側の外縁部４６３Ａが第１側面１１１ａにおける第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａと同じ位置になるように、第１錘４６１を配置することにより、第１錘４６１にレーザー光ＬＢを照射する際に、第１側面１１１ａの上部側面部１２１ａ及び下部側面部１２２ａにおけるレーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。このため、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の形成が抑制されるので、バリ等の異物の落下による周波数の変化が発生し難い振動素子１ａを提供することができる。
なお、図１３及び図１４に示すように、本実施形態では、振動腕４３の錘部４３１ａにおける第２側面１１２ａは、ＹＺ平面に平行な面であり、図１５に示すように、第３側面１１３ａは、ＸＺ平面に平行な面である。つまり、振動腕４３の錘部４３１ａにおける第２側面１１２ａ及び第３側面１１３ａは、本発明における第１側面部及び第２側面部を含まない。
振動腕４３の錘部４３１ａについて説明したが、振動腕４３の錘部４３１ａと、振動腕４４の錘部４４１ａと、は基本的な構成は同一であり、振動腕４３の錘部４３１ａと同様に、振動腕４４の錘部４４１ａにおける第１側面１１１ａは、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である上部側面部１２１ａと、第１側面部である上部側面部１２１ａに対し第２面１０２に向かって傾斜する第２側面部である下部側面部１２２ａと、を含む。そして、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第１側面１１１ａ側の外縁部４６３Ａが第１側面１１１ａにおける第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａと同じ位置になるように、第１錘４６１を配置することにより、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の落下による周波数の変化が発生し難い振動素子１ａを提供することができる。
以上述べた通り、本実施形態によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
振動素子１ａにおける第１側面１１１ａ、第２側面１１２ａ及び第３側面１１３ａのうちの１つである第１側面１１１ａは、Ｚ方向に対して傾斜する第１側面部である上部側面部１２１ａと、第１側面部に対し第２面１０２に向かって傾斜する第２側面部である下部側面部１２２ａと、を含む。そして、第１錘４６１は、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１における第１側面１１１ａ側の外縁部４６３Ａが、第１側面部である上部側面部１２１ａ及び第２側面部である下部側面部１２２ａにおける最内側部１３１ａと同じ位置になるように配置されている。
これにより、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、第１錘４６１におけるバリ等の異物の形成が抑制され、周波数の変化が発生し難い振動素子１ａを提供することができる。
なお、本実施形態では、錘部４３１ａ，４４１ａの第１側面１１１ａにおける第２側面部である下部側面部１２２ａは、Ｚ方向に対して平行であるが、Ｚ方向に対して傾斜していても構わない。
また、本実施形態では、錘部４３１ａ，４４１ａの第１側面１１１ａにおける第１側面部である上部側面部１２１ａは、第１面１０１から第２面１０２に向かって錘部４３１ａの内側に傾斜しているが、錘部４３１ａの外側に向かって傾斜していても構わない。
３．実施形態３
次に、実施形態３に係る振動素子１ｂについて、図１６～図１８を参照して説明する。
実施形態３の振動素子１ｂは、実施形態１の振動素子１に比べ、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に配置される金属膜４６が第２錘４６５となることや、第２錘４６５がレーザー光ＬＢにより除去された除去領域４６６を有すること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図１６～図１８は、後述する周波数微調整工程を終えた後、すなわち、レーザー光ＬＢが照射され、第２錘４６５の一部が除去された状態を示す。また、振動腕４３の錘部４３１と、振動腕４４の錘部４４１と、は基本的な構成は同一であるので、図１７及び図１８では、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１のうち、振動腕４３の錘部４３１を図示している。
図１６及び図１７に示すように、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１における第２面１０２と、第１側面１１１と、第２側面１１２と、第３側面１１３と、にはそれぞれ金属膜４６が配置されている。
本実施形態では、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に配置される金属膜４６は、第２錘４６５である。言い換えると、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２には、第２錘４６５が配置されている。
また、図１６及び図１８に示すように、第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２は、除去領域４６６を有する。除去領域４６６は、後述する周波数微調整工程において、レーザー光ＬＢが照射されて第２錘４６５が除去された領域である。
次に、実施形態３に係る振動素子１ｂの製造方法について、図１９～図２１を参照して説明する。実施形態３の振動素子１ｂの製造方法は、実施形態１の振動素子１の製造方法に比べ、ステップＳ４である周波数測定工程と、ステップＳ５である周波数微調整工程と、を有すること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、振動腕４３の錘部４３１と、振動腕４４の錘部４４１と、は基本的な構成は同一であるので、図２１では、振動腕４３，４４の錘部４３１，４４１のうち、振動腕４３の錘部４３１を図示している。
振動素子１ｂの製造方法は、振動素子１ｂの周波数を調整する周波数調整方法を含む。そして、振動素子１ｂの周波数を調整する周波数調整方法は、図１９に示すように、振動素子１ｂを準備する準備工程と、振動素子１ｂの発振周波数を測定する周波数測定工程と、振動素子１ｂの発振周波数を調整する周波数調整工程と、振動素子１ｂの発振周波数を測定する周波数測定工程と、振動素子１ｂの発振周波数を変化させて、振動素子１ｂの発振周波数を目標値とする周波数に微調整する周波数微調整工程と、を含む。
ステップＳ１である準備工程、ステップＳ２である周波数測定工程、及びステップＳ３である周波数調整工程は、実施形態１と同一の工程であるので、詳細な説明を省略する。
１．１ 準備工程
まず、ステップＳ１において、水晶ウエハー４０を準備し、水晶ウエハー４０に複数の振動体４１を形成する。次に、振動体４１の表面に電極４５や、金属膜４６を形成する。本実施形態では、上述したように、錘部４３１，４４１の第２面１０２に形成される金属膜４６が、第１錘４６１であり、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に形成される金属膜４６が、第２錘４６５である。
１．２ 周波数測定工程
次に、ステップＳ２において、振動素子１ｂの発振周波数を測定する。
１．３ 周波数調整工程
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で測定した発振周波数に基づいて、振動素子１の周波数を調整する。具体的には、錘部４３１，４４１の第２面１０２に配置されている第１錘４６１にレーザー光ＬＢを照射し、第１錘４６１の一部を除去する。
１．４ 周波数測定工程
次に、ステップＳ４において、ステップＳ２と同様に、発振回路を有する周波数測定装置のプローバーを振動体４１の表面に形成されている電極４５に接触させ、振動素子１ｂの発振周波数を測定する。
１．５ 周波数微調整工程
次に、ステップＳ５において、ステップＳ４で測定した発振周波数に基づいて、振動素子１ｂの周波数を微調整する。具体的には、図２０及び図２１に示すように、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に配置されている第２錘４６５にレーザー光ＬＢを照射し、第２錘４６５の一部を除去する。
本実施形態では、レーザー光ＬＢは、振動素子１の第１面１０１側から第２面１０２に向かって、Ｚ方向に沿った方向に照射される。レーザー光ＬＢの焦点の位置は、ステップＳ３である周波数調整工程において第２面１０２に配置されている第１錘４６１を効率的に除去できるように、第２面１０２に配置される第１錘４６１の位置にある。つまり、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に配置されている第２錘４６５の位置と、第２錘４６５に照射されるレーザー光ＬＢの焦点の位置と、は一致しない。そのため、第２錘４６５に照射される単位面積当たりのレーザー光ＬＢの照射量すなわちエネルギー量は、第１錘４６１に照射される単位面積当たりのレーザー光ＬＢのエネルギー量よりも減少し、レーザー光ＬＢの１スポット当たりの第２錘４６５の除去量は、レーザー光ＬＢの１スポット当たりの第１錘４６１の除去量に比べて減少する。
従って、ステップＳ５である周波数微調整工程において第２錘４６５の一部を除去することにより、ステップＳ３である周波数調整工程よりも、振動素子１ｂの発振周波数を高精度に変化させることができ、振動素子１ｂの発振周波数を目標値とする周波数に微調整することができる。
なお、本実施形態では、周波数微調整工程をステップＳ４の周波数測定工程後に行っているが、これに限定されることはなく、周波数微調整工程において周波数測定しながら振動素子１ｂの発振周波数を微調整しても構わない。
また、本実施形態では、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に形成される金属膜４６を第２錘４６５としているが、第２側面１１２における第１側面部である下部側面部１２４に形成される金属膜４６や、第３側面１１３における第１側面部である下部側面部１２６に形成される金属膜４６を、第２錘４６５としても構わない。
以上述べた通り、本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
振動素子１ｂは、錘部４３１，４４１の第１側面１１１における第１側面部である下部側面部１２２に第２錘４６５が配置されている。これにより、周波数の微調整が容易な振動素子１ｂを提供することができる。
なお、本実施形態では、上述した周波数微調整工程において、第２錘４６５の一部を除去しているが、第２錘４６５を全て除去しても構わない。つまり、第２錘４６５の少なくとも一部を除去することによって、振動素子１ｂの発振周波数を変化させ、振動素子１ｂを目標値とする周波数に微調整することができる。
４．実施形態４
次に、実施形態４に係る振動デバイス１０について、図２２を参照して説明する。実施形態４に係る振動デバイス１０では、上述した振動素子１，１ａ，１ｂのいずれかを用いることができる。本実施形態では、実施形態１で説明した振動素子１を適用した例を示す。
なお上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図２２では、振動素子１に設けられる電極４５や、金属膜４６の図示を省略している。
図２２に示す振動デバイス１０は、例えば、発振器として用いられる。なお、振動デバイス１０は、発振器以外の機器、例えば、加速度センサー、角速度センサー等の各種センサーとして用いられても構わない。振動デバイス１０は、コンピューター、プリンター、スマートフォン、タブレット端末、時計、テレビ、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオカメラ、デジタルスチールカメラ、カーナビゲーション装置、電子ゲーム機器、各種医療機器、各種測定機器、各種移動体等に内蔵することができる。
図２２に示すように、振動デバイス１０は、パッケージ１３と、パッケージ１３内に収納されている振動素子１及び回路素子１６と、を有する。
パッケージ１３は、上面に開口する凹部３１１を備えるベース３１と、凹部３１１の開口を塞ぐようにベース３１の上面に接合部材３３を介して接合されている板状のリッド３２と、を有する。パッケージ１３の内側には、凹部３１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに振動素子１及び回路素子１６が収納されている。
例えば、ベース３１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、リッド３２は、コバール等の金属材料で構成することができる。ただし、ベース３１及びリッド３２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。例えば、リッド３２は、光透過性を有するガラス材料で構成されていても構わない。
また、内部空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減少して振動素子１の振動特性が向上する。ただし、内部空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素又はアルゴン等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態又は加圧状態となっていても構わない。
また、凹部３１１は、ベース３１の上面に開口する凹部３１１ａと、凹部３１１ａの底面に開口し、凹部３１１ａよりも開口幅が小さい凹部３１１ｂと、凹部３１１ｂの底面に開口し、凹部３１１ｂよりも開口幅が小さい凹部３１１ｃと、を有する。
凹部３１１ａの底面には、複数の内部端子３４１が配置されている。凹部３１１ｂの底面には複数の内部端子３４２が配置されている。ベース３１の下面には複数の外部端子３４３が配置されている。複数の内部端子３４２の一部は、ベース３１内に形成されている図示しない内部配線を介して内部端子３４１と電気的に接続され、残りは、図示しない内部配線を介して外部端子３４３と電気的に接続されている。
振動素子１は、振動素子１の基部４２において導電性の接合部材１２を介して内部端子３４１と接合される。これにより、振動素子１は、接合部材１２を介してベース３１に固定されるとともに、振動素子１が有する電極４５と、内部端子３４１と、は電気的に接続されている。
回路素子１６は、凹部３１１ｃの底面に接合されている。回路素子１６には、例えば、外部のホストデバイスと通信を行うインターフェイス部や、振動素子１を発振させる発振回路等が含まれている。なお、回路素子１６は、省略しても構わないし、パッケージ１３の外部に配置しても構わない。
また、回路素子１６は、ボンディングワイヤーＢＷを介して内部端子３４２と電気的に接続されている。
このように、振動素子１と、回路素子１６と、は内部端子３４１、図示しない内部配線、内部端子３４２、及びボンディングワイヤーＢＷを介して電気的に接続されているので、回路素子１６が振動素子１に駆動信号を印加することにより、振動素子１を所望の周波数で発振させることができる。
以上述べた通り、本実施形態によれば、上述した実施形態１と同様の効果を得ることができ、周波数の変化が発生し難い振動デバイス１０を提供することができる。
５．実施形態５
次に、実施形態５に係る振動素子１ｃについて、図２３～図２５を参照して説明する。
実施形態５の振動素子１ｃは、実施形態１の振動素子１に比べ、いわゆるダブルＴ型と呼ばれる構造を有するジャイロ素子であること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図２３は、上述した周波数調整工程を終えた後、すなわち、レーザー光ＬＢが照射され、第１錘４６１の一部が除去された状態を示す。
本実施形態の振動素子１ｃは、ジャイロ素子であり、具体的には、Ｚ軸を検出軸とする角速度ωｚを検出することのできる角速度センサー素子である。
図２３に示すように、振動素子１ｃは、振動体４１ｃと、電極４５と、振動体４１の周波数を調整するための金属膜４６と、を有する。本実施形態では、電極４５は、後述するように、振動体４１ｃが有する駆動腕４５６，４５７，４５８，４５９を振動させるためや、振動体４１ｃが有する検出腕４５２，４５３の振動を検出するために用いられる。
振動体４１ｃは、Ｚカット水晶板から形成され、中央部に位置する基部４５１と、基部４５１からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側にそれぞれ延出する振動腕としての一対の検出腕４５２，４５３と、基部４５１からＸ方向プラス側及びＸ方向マイナス側にそれぞれ延出する一対の連結腕４５４，４５５と、連結腕４５４の先端部からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側にそれぞれ延出する振動腕としての一対の駆動腕４５６，４５７と、連結腕４５５の先端部からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側にそれぞれ延出する振動腕としての一対の駆動腕４５８，４５９と、を有する。
なお、本実施形態では、Ｙ方向プラス側に延出する検出腕４５２、駆動腕４５６、及び駆動腕４５８のそれぞれのＸ方向プラス側の側面を第１側面１１１とし、Ｘ方向マイナス側の側面を第２側面１１２とする。検出腕４５２、駆動腕４５６、及び駆動腕４５８のそれぞれの先端面であるＹ方向プラス側の側面を第３側面１１３とする。
また、Ｙ方向マイナス側に延出する検出腕４５３、駆動腕４５７、及び駆動腕４５９のそれぞれのＸ方向マイナス側の側面を第１側面１１１とし、Ｘ方向プラス側の側面を第２側面１１２とする。検出腕４５３、駆動腕４５７、及び駆動腕４５９のそれぞれの先端面であるＹ方向マイナス側の側面を第３側面１１３とする。
振動腕としての一対の検出腕４５２，４５３は、それぞれ腕部４５２ａ，４５３ａと、錘部４５２ｂ，４５３ｂと、を有する。錘部４５２ｂ，４５３ｂは、検出腕４５２，４５３において、基部４５１とは反対側の先端部に配置される。腕部４５２ａ，４５３ａは、錘部４５２ｂ，４５３ｂよりも基部４５１側に配置され、錘部４５２ｂ，４５３ｂと、基部４５１と、を接続する。
振動腕としての一対の駆動腕４５６，４５７は、それぞれ腕部４５６ａ，４５７ａと、錘部４５６ｂ，４５７ｂと、を有する。錘部４５６ｂ，４５７ｂは、駆動腕４５６，４５７において、連結腕４５４とは反対側の先端部に配置される。腕部４５６ａ，４５７ａは、錘部４５６ｂ，４５７ｂよりも連結腕４５４側に配置され、錘部４５６ｂ，４５７ｂと、連結腕４５４と、を接続する。
振動腕としての一対の駆動腕４５８，４５９は、それぞれ腕部４５８ａ，４５９ａと、錘部４５８ｂ，４５９ｂと、を有する。錘部４５８ｂ，４５９ｂは、駆動腕４５８，４５９において、連結腕４５５とは反対側の先端部に配置される。腕部４５８ａ，４５９ａは、錘部４５８ｂ，４５９ｂよりも連結腕４５５側に配置され、錘部４５８ｂ，４５９ｂと、連結腕４５５と、を接続する。
駆動腕４５６，４５７，４５８，４５９及び検出腕４５２，４５３のそれぞれの先端部に配置される錘部４５６ｂ，４５７ｂ，４５８ｂ，４５９ｂ，４５２ｂ，４５３ｂは、上述した実施形態１と同様の構成となっている。
具体的には、錘部４５６ｂ，４５７ｂ，４５８ｂ，４５９ｂ，４５２ｂ，４５３ｂのそれぞれにおける第２面１０２と、第１側面１１１と、第２側面１１２と、第３側面１１３と、には金属膜４６が配置されている。第２面１０２に配置されている金属膜４６は、第１錘４６１である。第２面１０２における除去領域４６２は、上述した周波数調整工程においてレーザー光ＬＢが照射されて第１錘４６１が除去された領域である。
そして、Ｚ方向から見たときに、錘部４５６ｂ，４５７ｂ，４５８ｂ，４５９ｂ，４５２ｂ，４５３ｂのそれぞれにおける第１錘４６１は、第１錘４６１における第１側面１１１側の外縁部４６３Ａが第１側面１１１の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３１と同じ位置になるように配置される。また、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１は、第１錘４６１における第２側面１１２側の外縁部４６３Ｂが第２側面１１２の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３２と同じ位置になるように配置される。また、Ｚ方向から見たときに、第１錘４６１は、第１錘４６１における第３側面１１３側の外縁部４６３Ｃが第３側面１１３の第１側面部及び第２側面部における最内側部１３３よりも内側になるように配置される。これにより、第１錘４６１にレーザー光ＬＢを照射する際に、錘部４５６ｂ，４５７ｂ，４５８ｂ，４５９ｂ，４５２ｂ，４５３ｂのそれぞれにおける第１側面１１１、第２側面１１２、及び第３側面１１３によるレーザー光ＬＢの屈折又は遮蔽を抑制することができる。このため、レーザー光ＬＢを第１錘４６１に十分に照射することができ、バリ等の異物の発生が抑制され、周波数の変化が発生し難い振動素子１ｃを提供することができる。
電極４５は、駆動信号電極４８３と、駆動接地電極４８４と、第１検出信号電極４８５と、第１検出接地電極４８６と、第２検出信号電極４８７と、第２検出接地電極４８８と、を有する。
駆動信号電極４８３は、駆動腕４５６の腕部４５６ａにおける第１面１０１及び第２面１０２と、駆動腕４５７の腕部４５７ａにおける第１面１０１及び第２面１０２と、駆動腕４５８の腕部４５８ａにおける第１側面１１１及び第２側面１１２と、駆動腕４５９の腕部４５９ａにおける第１側面１１１及び第２側面１１２と、に配置されている。
駆動接地電極４８４は、駆動腕４５６の腕部４５６ａにおける第１側面１１１及び第２側面１１２と、駆動腕４５７の腕部４５７ａにおける第１側面１１１及び第２側面１１２と、駆動腕４５８の腕部４５８ａにおける第１面１０１及び第２面１０２と、駆動腕４５９の腕部４５９ａにおける第１面１０１及び第２面１０２と、に配置されている。
第１検出信号電極４８５は、検出腕４５２の腕部４５２ａにおける第１面１０１及び第２面１０２に配置され、第１検出接地電極４８６は、検出腕４５２の腕部４５２ａにおける第１側面１１１及び第２側面１１２に配置されている。
第２検出信号電極４８７は、検出腕４５３の腕部４５３ａにおける第１面１０１及び第２面１０２に配置され、第２検出接地電極４８８は、検出腕４５３の腕部４５３ａにおける第１側面１１１及び第２側面１１２に配置されている。
このような振動素子１ｃは、次のようにして角速度ωｚを検出する。
図２４に示すように、まず、駆動信号電極４８３及び駆動接地電極４８４の間に駆動信号を印加すると、駆動腕４５６，４５７，４５８，４５９は、図２４中の矢印で示すように屈曲振動する。以下、この駆動モードを駆動振動モードと言う。
そして、図２５に示すように、振動素子１ｃが駆動振動モードで駆動している状態で、振動素子１ｃに角速度ωｚが加わると、検出振動モードが新たに励振される。検出振動モードでは、駆動腕４５６，４５７，４５８，４５９にコリオリの力が作用し、図２５中の矢印ｂに示す方向の振動が励振される。そして、駆動腕４５６，４５７，４５８，４５９における矢印ｂに示す方向の振動に呼応して、検出腕４５２，４５３には矢印ａに示す方向の屈曲振動による検出振動が生じる。このような検出振動モードによって検出腕４５２に発生した電荷を第１検出信号電極４８５及び第１検出接地電極４８６の間から第１検出信号として取り出し、検出腕４５３に発生した電荷を第２検出信号電極４８７及び第２検出接地電極４８８の間から第２検出信号として取り出し、これら第１、第２検出信号に基づいて角速度ωｚを検出することができる。
以上のような実施形態５によっても、上述した実施形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、本発明に係る振動素子は、ジャイロ素子にも適用することができる。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…振動素子、１０…振動デバイス、１３…パッケージ、４１，４１ｃ…振動体、４２…基部、４３，４４…振動腕、４５…電極、４６…金属膜、１０１…第１面、１０２…第２面、１１１，１１１ａ…第１側面、１１２，１１２ａ…第２側面、１１３，１１３ａ…第３側面、１２１，１２１ａ，１２３，１２５…上部側面部、１２２，１２２ａ，１２４，１２６…下部側面部、１３１，１３１ａ，１３２，１３３…最内側部、４３０，４４０…腕部、４３１，４３１ａ，４４１，４４１ａ…錘部、４３２，４３３，４４２，４４３…凹部、４６１…第１錘、４６２…除去領域、４６３Ａ，４６３Ｂ，４６３Ｃ…外縁部、４８１…信号電極、４８２…接地電極。

Claims (9)

  1. 基部と、
    第１面と、Ｚ軸に沿った方向において前記第１面に対向する第２面と、第１側面と、前記Ｚ軸に直交するＸ軸に沿った方向において前記第１側面に対向する第２側面と、前記基部と反対側に位置する第３側面と、を含み、前記基部から前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸に沿った方向に延出している振動腕と、
    前記第２面に配置されている第１錘と、を有し、
    前記第１側面、前記第２側面及び前記第３側面のうち少なくとも１つは、前記Ｚ軸に沿った方向に対して傾斜する第１側面部と、前記第１側面部に対し前記第１面又は前記第２面に向かって傾斜する第２側面部と、を含み、
    前記第１錘は、前記Ｚ軸に沿った方向から見たときに、前記第１錘の外縁部が前記第１側面部及び前記第２側面部における最内側部よりも内側又は前記最内側部と同じ位置になるように配置されている、
    振動素子。
  2. 前記第１側面及び前記第２側面の少なくとも一方は、前記第１側面部及び前記第２側面部を有する、
    請求項１に記載の振動素子。
  3. 前記第３側面は前記第１側面部及び前記第２側面部を有する、
    請求項１又は請求項２に記載の振動素子。
  4. 前記振動腕は、前記第１錘が配置された錘部と、前記錘部よりも前記基部側に、前記第１面及び前記第２面に凹部が形成された腕部と、を有し、
    前記錘部の前記第２面における前記Ｘ軸に沿った方向の幅は、前記錘部の前記第１面における前記Ｘ軸に沿った方向の幅よりも小さい、
    請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の振動素子。
  5. 前記腕部の前記第１面における前記Ｘ軸に沿った方向の幅と、前記腕部の前記第２面における前記Ｘ軸に沿った方向の幅と、は等しい、
    請求項４に記載の振動素子。
  6. 前記第１側面部には第２錘が配置されている、
    請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の振動素子。
  7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を収納するパッケージと、を有する振動デバイス。
  8. 振動素子の周波数を調整する周波数調整方法を含み、
    前記振動素子は、
    基部と、
    第１面と、Ｚ軸に沿った方向において前記第１面に対向する第２面と、第１側面と、前記Ｚ軸に直交するＸ軸に沿った方向において前記第１側面に対向する第２側面と、前記基部と反対側に位置する第３側面と、を含み、前記基部から前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸に沿った方向に延出している振動腕と、
    前記第２面に配置されている第１錘と、を有し、
    前記第１側面、前記第２側面及び前記第３側面のうち少なくとも１つは、前記Ｚ軸に沿った方向に対して傾斜する第１側面部と、前記第１側面部に対し前記第１面又は前記第２面に向かって傾斜する第２側面部と、を含み、
    前記第１錘は、前記Ｚ軸に沿った方向から見たときに、前記第１錘の外縁部が前記第１側面部及び前記第２側面部における最内側部よりも内側又は前記最内側部と同じ位置になるように配置されており、
    前記周波数調整方法は、前記第１面側から前記Ｚ軸に沿った方向にレーザー光を照射して前記第１錘の少なくとも一部を除去することによって、前記振動素子の発振周波数を変化させる工程、を含む、
    振動素子の製造方法。
  9. 前記振動腕は、前記第１側面部に第２錘が配置されており、
    前記周波数調整方法は、前記第１面側から前記Ｚ軸に沿った方向にレーザー光を照射して前記第２錘の少なくとも一部を除去することによって、前記振動素子の発振周波数を変化させる工程を含む、
    請求項８に記載の振動素子の製造方法。
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